专利名称：透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于数码相机等的透镜的测量装置、透镜测量方法及 透镜制造方法。
背景技术：
近年来，在数码相机等使用光学透镜的摄像装置中，小型轻量化逐渐 发展。此外，随着为了改变摄像放大率而驱动多个透镜的透镜镜筒的小型 化，光学透镜本身的小型化也逐渐发展。
此外， 一方面，透镜本身和透镜镜筒的小型化发展，另一方面，以CCD 为主的摄像元件的集成度也年年增高，而且还被要求图像的高质量化。
在这种情况下，近年来，人们对以透镜为主的光学部件的部件精度的 要求越来越严格。
迄今为止，若要以简单的办法测量透镜厚度，就例如使用如图7所示 的测量仪。图7所示的测量仪包括与透镜接触的一对测头。 一个测头固定 在主体上，另-一个测头与测微计连结并且构成为能够移动，使得能够改变 该另一个测头与所述一个测头之间的间隔。就是说，所述测量仪设为能 够通过用 一 对测头夹住透镜来用测微计测量透镜的厚度。
除此之外，还有三维形状测量仪用于透镜形状的测量。若使用三维形 状测量仪，就能够以很高的精度测量透镜厚度等透镜形状。
专利文献1日本公开专利公报特开平8-304228号公报
然而，虽然当使用如图7所示的测量仪时，能够以筒单的方式测量透 镜的厚度，但是很难以高精度测量透镜的厚度。就是说，当使用该测量仪 时，有必要通过根据透镜的凹凸形状使测头与透镜中最厚的部分或最薄的 部分接触来测量透镜的厚度。然而，难以事先得知透镜中的哪个部分最厚 或最薄，于是需要一边将测量过程反复好儿次， 一边找该部分。此外，若在透镜本身相对于测头的轴倾斜的状态下进行测量，就由于 几何学方面的原因而会产生测量误差。就是说，支撑透镜这个事情就很难，
因此产生测量者的人差(personal equation),很难以高精度测量透镜的 厚度。
另一方面，若使用三维形状测量仪，就能够以很高的精度测量透镜的 形状。然而，三维形状测量仪的价格昂贵，装置规模比较大，而且测量时 需要很长时间。因此，三维形状测量仪不满足想高效地测量并管理透镜形 状这一要求。
此外，虽然也存在按照光学理论根据透镜的焦点位置进行测量的设备， 但是与三维形状测量仪一样，该设备的装置规模也很大，当测量时也需要 很长时间。因此，该设备不满足想高效地测量并管理透镜形状这一要求。
发明内容
本发明，正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于以高 精度且高效的方式测量透镜的形状。
本发明所涉及的透镜测量装置包括透镜移动部、第一位置测量机构、 第二位置测量机构以及透镜形状计算部，该透镜移动部使透镜移动，该第 一位置测量机构与所述透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量， 该第二位置测量机构与所述透镜的另 一个面接触，对该接触点的位置进行 测量，该透镜形状计算部根据利用所述透镜移动部使所述透镜产生移动的 移动量、以及所述第一及第二位置测量机构的测量结果求出所述透镜的形 状。
此外，本发明所涉及的透镜测量方法包括透镜移动步骤、第一位置测 量步骤、第二位置测量步骤以及透镜形状计算步骤，在该透镜移动步骤中，
用透镜移动部使透镜移动，在该第一位置测量步骤中，第一位置测量机构 与通过所述透镜移动步骤移动后的透镜的 一个面接触，对该接触点的位置 进行测量，在该第二位置测量步骤中，第二位置测量机构与通过所述透镜 移动步骤移动后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，在 该透镜形状计算步骤中，根据通过所述透镜移动步骤使所述透镜产生移动 的移动量、以及所迷第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所迷透镜的形状。
再说，本发明所涉及的透镜制造方法包括制作透镜的透镜制作步骤、 和对通过所迷透镜制作步骤制作出的透镜的形状进行测量的透镜形状测量 步骤，所述透镜形状测量步骤包括透镜移动步骤、第一位置测量步骤、第 二位置测量步骤以及透镜形状计算步骤，在该透镜移动步骤中，用透镜移 动部使透镜移动，在该第一位置测量步骤中，第一位置测量机构与通过所 述透镜移动步骤移动后的透镜的 一个面接触，对该接触点的位置进行测量， 在该第二位置测量步骤中，第二位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移 动后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，在该透镜形状 计算步骤中，根据通过所述透镜移动步骤使所迷透镜产生移动的移动量、
以及所述第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所述透镜的形状。 —发明的效杲一
根据本发明所涉及的透镜测量装置，因为能够在维持透镜的状态的情 况下使该透镜移动，并对两个透镜面上的任意点的位置进行测量，所以能 够测量两个透镜面的形状。并且，因为用两个位置测量机构分别测量两个 透镜面的形状，所以不需要对透镜进行多次支撑，能够以很高的精度测量 透镜的形状。
此外，根据本发明所涉及的透镜测量方法，因为能够在维持透镜的状 态的情况下使该透镜移动，并对两个透镜面上的任意点的位置进行测量， 所以能够测量两个透镜面的形状。并且，因为通过两个位置测量步骤分别 测量两个透镜面的形状，所以不需要对透镜进行多次支撑，能够以很高的 精度测量透镜的形状。
再说，根据本发明所涉及的透镜制造方法，因为能够在维持透镜的状 态的情况下使该透镜移动，并对两个透镜面上的任意点的位置进行测量， 所以能够测量两个透镜面的形状。并且，因为通过两个位置测量步骤分別 测量两个透镜面的形状，所以不需要对透镜进行多次支撑，能够以很高的 精度测量透镜的形状。其结果是，能够以高精度且高效的方式测量制作出 的透镜的形状，能够提高透镜的生产率。
图1是本发明的实施方式所涉及的透镜测量装置的平面图。 图2是透镜测量装置的正面图。
图3是透镜测量装置的右侧面图。
图4是放大而显示测头在支撑了透镜时的状况的图。
图5是双凹透镜的侧面图。
图6是双凸透镜的侧面图。
图7是用来说明现有的测量透镜厚度的测微计的说明图。 符号说明
l一透镜测量装置；3 —工作台(stage)(透镜移动部)；4一第一位置 测量仪(第一位置测量机构)；5—第二位置测量仪(第二位置测量机构)； 6 —透镜支撑部；7 —透镜；71—透镜面(一个透镜面)；72 —透镜面(另 一个透镜面)；IO —控制装置(透镜形状计算部)。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。 〈发明的第一实施方式〉
如图1到图3所示，本发明的实施方式所涉及的透镜测量装置1包括 测量台2、配置在测量台2上的工作台3、配置在测量台2上的第一位置 测量仪4、在测量台2上配置于与第一位置测量仪4相向的位置上的第二 位置测量仪5、以及对所述工作台3、第一位置测量仪4及笫二位置测量 仪5等进行控制的控制装置10。
工作台3包括固定在测量台2上的第一工作台基部31、 X轴工作台 32、固定在X轴工作台32上的第二工作台基部33、 Y轴工作台34、以 及支撑成为被测量的对象的透镜7的透镜支撑部6。该工作台3是透镜移 动部之一例。
X轴工作台32是配置在工作台基部31上的平板状工作台，构成为 能够沿着与测量台2的表面(配置有工作台3等的面)平行的、规定的X 轴移动。
第二工作台基部33形成为长方体状，固定在X轴工作台32上。就是 说，当X轴工作台32沿X轴移动时，第二工作台基部33与该X轴工作台32成为一体沿X轴移动。
Y轴工作台34是平板状工作台，安装在第二工作台基部33的侧面中 朝X轴方向上的一侧的面上，构成为能够沿着与X轴及测量台2的表面 垂直相交的Y轴移动。就是说，当X轴工作台32沿X轴移动时，Y轴工 作台34与该X轴工作台32及第二工作台基部33成为一体沿X轴移动。
所述X轴工作台32及Y轴工作台34分別由脉冲马达32a、34a驱动。 详细地说，X轴工作台32及Y轴工作台34根据来自控制装置10的脉冲 信号分别沿X轴及Y轴移动。控制装置10能够根据所发送的脉冲信号的 脉冲数量认识X轴工作台32及Y轴工作台34的移动量。
透镜支撑部6安装在Y轴工作台34中朝X轴方向上的一侧的面上。
第一位置测量仪4具有第一测量装置41和设置台42，该设置台42 固定在测量台2上，用来设置该第一测量装置41。该第一位置测量仪4 是第 一 位置测量机构之 一 例。
笫一测量装置41是线性测量计(linear gauge),具有装置主体41a 和设置为相对装置主体41a进退自如的测头41b，能够测量测头41b的变 位量。第一测量装置41安装在设置台42上而处于测头41b在与X轴及Y 轴垂直相交的Z轴方向上进退自如的状态。该第一测量装置41构成为 对测头41b在Z轴方向上的变位量进行测量。
第二位置测量仪5具有第二测量装置51和设置台52,该设置台52 固定在测量台2上，用来设置该第二测量装置51。第二位置测量仪5设置 在隔着透镜支撑部6与第 一 位置测量仪4相向的位置上。该第二位置测量 ^义5是第二位置测量机构之一例。
与第一测量装置41一样，第二测量装置51是线性测量计，具有装置 主体51a和设置为相对装置主体51a进退自如的测头51b。第二测量装置 51安装在设置台52上而处于测头51b在Z轴方向上进退自如的状态。
更为详细地说，第一测量装置41的测头41b和第二测量装置51的测 头51b构成为在沿Z轴方向延伸的大致同一直线上进行进退。
控制装置10包括微型计算机，通过驱动程序(未示)等以能够直接 或间接地进行信号的发送及接收的方式与脉冲马达32a、 34a以及第一及 第二测量装置41、 51连接起来。该控制装置10向脉冲马达32a、 34a的驱动程序发送控制信号，来使X轴工作台32及Y轴工作台34移动。此 外，控制装置IO被输入来自第一及第二测量装置41、 51的输出信号，取 得并储存第一及第二测量装置41、 51的测头41b、 51b的变位量。控制 装置IO是根据X轴及Y轴工作台32、 34的移动量以及从第一及第二测 量装置41、 51接收的变位量计算透镜7的形状的透镜形状计算部之一例， 后面详细说明该控制装置10。
下面，对使用如上所述构成的透镜测量装置1的、透镜形状的测量方 法力p以^兌明。
如图4所示，当透镜支撑部6支撑了透镜7时，第一测量装置41的 测头41b的前端在被提供推透镜7的一个透镜面71的力量的状态下与该 一个透镜面71接触，第二测量装置51的测头51b的前端在被提供推透镜 7的另一个透镜面72的力量的状态下与该另一个透镜面72接触，使得测 头41b及测头51b处于夹着支撑透镜7的状态。
被透镜支撑部6支撑的透镜7能够通过X轴工作台32及Y轴工作台 34的驱动在X轴方向及Y轴方向上移动，另一方面，第一及第二位置测 量仪4、 5设置并固定在测量台2上。因此，能够通过驱动X轴工作台32 及Y轴工作台34，来使透镜7根据该X轴工作台32及该Y轴工作台34 的移动量在X及Y轴方向上相对第一及第二位置测量仪4、 5移动。因为 第一及第二位置测量仪4、 5的测头41b、 51b在Z轴方向上进退自如， 并且被提供推透镜7的透镜面71、 72的力量，所以随着透镜7的移动在 Z轴方向上进行进退，维持与透镜面71、 72接触的状态。其结杲是，只 要驱动X轴工作台32及Y轴工作台34，就能够用笫一及第二位置测量仪 4、 5对两个透镜面71、 72上的与X轴工作台32及Y轴工作台34的移 动量对应的任意XY坐标点的在Z轴方向上的位置进行测量。
就是说，能够通过一边使透镜7在X轴及Y轴方向上移动， 一边测量 测头41b、 51b在Z轴方向上的变位量，来取得透镜面71、 72上的各个 点在XYZ坐标系上的位置坐标。
补充说明一下，任意设定XYZ坐标的0点(基准点)就行。关于Z 轴方向，将在透镜支撑部6未支撑透镜7而测头41b、 51b的前端互相接 触的状态下的两个测头41b、 51b的前端在Z轴方向上的位置^f叚设为0。在这种情况下，对于各个轴的正负方向也任意地进行设定就行。在本实施
方式中，关于X轴方向，将X轴工作台32远离第一及第二位置测量仪4、 5的方向假设为正方向，并将X轴工作台32接近第 一及第二位置测量仪4、 5的方向假设为负方向。关于Y轴方向，将Y轴工作台34远离测量台2 的方向(就是说，上方)假设为正方向，并将Y轴工作台34接近测量台 2的方向(就是说，下方)假设为负方向。关于Z轴方向，将第二位置测 量仪5 —侧假设为正方向，并将第一位置测量仪4 一侧假设为负方向。 一测量透镜厚度一
下面，对透镜7厚度的测量加以说明。在此，透镜厚度指连接透镜的 两个侧面的各个球面中心的线上的透镜宽度。
在本实施方式中，透镜7是球面透镜，根据透镜7的两个透镜面的中 心坐标C1、 C2及半径R1、 R2计算透镜7的厚度T。图5和图6显示详 细的情况。若关于透镜7得知一个透镜面71的中心坐标Cl及半径H1和 另一个透镜面72的中心坐标C2及半径R2，就能够根据几何学上的关系 计算出透镜的厚度T。
例如图5所示，在透镜7的两个透镜面71、 72为凹面的情况下，能 够根据第一透镜面71的中心坐标Cl (al、 bl、 cl)与第二透镜面72的 中心坐标C2 (a2、 b2、 c2)之间的距离L、第一透镜面71的半径Rl以 及第二透镜面72的半径R2以下述算式表示透镜7的厚度T，即
t二:l一ri—R2 ......(i)。
此外，如图6所示，在透镜7的两个透镜面71、 72为凸面的情况下， 能够以下述算式表示透镜7的厚度T,即 T=—L + R1 + R2 ......(2)。
为了根据所述几何学上的关系求出透镜7的厚度T，在本实施方式中， 通过在两个透镜面71、 72上分别测量四个点的坐标来计算邊镜7的两个 透镜面71、 72的中心坐标C1、 C2和半径R1、 R2。就是说，在将XYZ 坐标系中的球的中心坐标假设为(a、 b、 c),并将该球的半径假设为R的 情况下，能够以下述算式表示球的方程，即
(x—a) 2+ (y —b) 2+ (z — c) 2=R2 ......(3)。
因此，通过将测量出的四种坐标代入算式(3)中，再解包括四个算式的联立方程，来计算a、 b、 c及R。
根据计算出的透镜面71、 72的中心坐标C1、 C2计算透镜面71、 72 的中心与中心之间的距离L。
能够根据如上所述计算出的半径R1、 R2以及中心与中心之间的距离 L计算出透镜7的厚度T。
透镜测量装置1如此能够通过一边使透镜7维持着XYZ坐标中的状 态移动， 一边根据使透镜7产生移动的移动量以及第一位置测量仪4及第 二位置测量仪5在移动后的位置上的测量值分別求出透镜7的两个透镜面 71、 72上的、各有四个的任意点的坐标，来计算出透镜7的厚度T。
补充说明 一 下，在本实施方式中采用接触式第 一位置测量仪4及接触 式第二位置测量仪5作为第 一位置测量机构及第二位置测量机构。也可以 采用其他机构作为第 一 位置测量机构及第二位置测量机构，例如可以采用 非接触形状测量仪等测量机构。 〈发明的第二实施方式〉
接着，对第二实施方式所涉及的透镜的制造方法加以说明。
在第二实施方式所涉及的透镜的制造方法中，首先在透镜制作步骤中
制作透镜7，然后在透镜形状测量步骤中按照所迷透镜形状测量方法测量 透镜7的形状，之后看作透镜7制造完了。就是说，将所迷透镜测量装置 1組合在透镜生产线的一部分中。
在透镜制作步骤中，采用众所周知的透镜制作方法。比如说，在制作 玻璃透镜的情况下，该透镜制作步骤具有到由透镜原料形成透镜材料为止 的材料加工工序、和对透镜材料进行研磨等加工来完全做成透镜的透镜加 工工序。
材料加工工序具有调配工序、熔解及冷却工序、成型工序、以及调整 工序，在该调配工序中调配透镜原料；在该熔解及冷却工序中使调配出的 透镜原料熔解，再使该熔解后的透镜原料冷却而成为透镜材料；在该成型 工序中，通过磨削及压制将玻璃材料成形为透镜形状；在该调整工序中， 除去成形为透镜形状后的玻璃的热应变。
透镜加工工序具有磨削及研磨工序、定心(centering)工序、以及涂 层工序，在该磨削及研磨工序中，对通过压制形成的玻璃在表面上的粗糙之处及面形状徐徐进行磨削及研磨；在该定心工序中，对透镜外周进行加 工，来使该透镜外周相对于光轴不偏心(decentering);在该涂层工序中， 对透镜表面进行涂层。
在透镜形状测量步马聚中，按照第一实施方式所涉及的透镜形状测量方 法对这样制作出的透镜的形状进行测量。然后，判断透镜厚度等透镜形状 是否在于规定的可接受的误差范围内，以透镜形状在于可接受的误差范围 内的透镜作为透镜的成品。
因此，根据本实施方式即第二实施方式，能够以正确且简单的方式测 量制作出的透镜的形状。其结果是，能够提高制造的透镜的精度，并能够 迅速地测量该透镜的形状。因此，能够提高透镜的生产率。 〈其他实施方式〉
也可以将本发明的所述实施方式设为下述结构。
就是说，在所述实施方式中使工作台3在X轴及Y轴方向上移动，但 是本发明不被限于此。例如，也可以使工作台3在以直角以外的角度与Z 轴方向交叉的面内移动。在这种情况下，工作台3的移动量不仅给透镜的 XY坐标带来影响，給Z坐标也带来影响，因此有必要根据工作台3的移 动量对第 一及第二位置测量仪4、 5所测量出的结果进行补正。
此外，也可以将Z轴工作台(未示)设置在工作台3上，以设为透 镜7不但能够沿X轴方向及Y轴方向移动，而且还能够沿Z轴方向移动。 在这种情况下，工作台3的移动量不仅給透镜的XY坐标带来影响，给Z 坐标也带来影响，因此有必要根据工作台3的移动量对第一及第二位置测 量仪所测量出的测量结果进行补正。
再说，在所述实施方式中，通过将四个测量点的坐标代入算式(3) 中来求出透镜面71、 72的中心坐标及半径，但是本发明不被限于此。也 可以通过最小二乘法等已知的方法计算出透镜面71、 72的形状或求出近 似于透镜面71、 72形状的形状，来求出中心坐标及半径。补充说明一下， 不仅可以利用其他已知的方法计算出透镜面71、 72的中心坐标及半径或 者求出近似于该中心坐标及半径的中心坐标及半径，也可以利用其他已知 的方法计算出透镜面71、 72的整体形状等或求出近似于该整体形状的形 状等。补充说明一下，所迷实施方式基本上是适当的例子，没有对本发明、 采用本发明的对象及其用途加以限制的意图。 一工业实用性一
根据本发明所涉及的透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法， 能够以高精度且高效的方式测量透镜的厚度等形状，能够实现以数码相机 为主的使用透镜的光学机器的高精度化、以及成本很低的精度管理，能够 将本发明用于与所有使用光学透镜的光学机器有关的用途。
权利要求
1. 一种透镜测量装置，其特征在于所述透镜测量装置包括透镜移动部，使透镜移动，第一位置测量机构，与所述透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，第二位置测量机构，与所述透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，以及透镜形状计算部，根据利用所述透镜移动部使所述透镜产生移动的移动量、以及所述第一及第二位置测量机构的测量结果求出所述透镜的形状。
2. 根据权利要求1所述的透镜测量装置，其特征在于 所述第一及第二位置测量机构大致配置在直线上。
3. 根据权利要求1或2所述的透镜测量装置，其特征在于 所述透镜形状计算部计算所述透镜的厚度。
4. 一种透镜测量方法，其特征在于 所述透镜测量方法包括 透镜移动步骤，用透镜移动部使透镜移动，第一位置测量步骤，第一位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动 后的透镜的一个面接触，对该接触点的位置进行测量，第二位置测量步骤，第二位置测量机构与通过所迷透镜移动步骤移动 后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，以及透镜形状计算步骤，根据通过所述透镜移动步骤使所述透镜产生移动 的移动量、以及所述第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所述透镜的 形状。
5. 根据权利要求4所述的透镜测量方法，其特征在于 所述第一及第二位置测量机构大致配置在直线上。
6. 根据权利要求4或5所述的透镜测量方法，其特征在于 在所述透镜形状计算步骤中计算所述透镜的厚度。
7. —种透镜制造方法，所述透镜制造方法包括制作透镜的透镜制作 步骤、和对通过所述透镜制作步骤制作出的透镜的形状进行测量的透镜形状测量步骤，其特征在于所述透镜形状测量步骤包括 透镜移动步骤，用透镜移动部使透镜移动，第 一位置测量步骤，笫 一位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动 后的透镜的 一 个面接触，对该接触点的位置进行测量，第二位置测量步骤，第二位置测量机构与通过所述透镜移动步骤移动 后的透镜的另一个面接触，对该接触点的位置进行测量，以及透镜形状计算步骤，根据通过所述透镜移动步骤使所述透镜产生移动 的移动量、以及所述第一及第二位置测量步骤的测量结果求出所述透镜的 形状。
8. 根据权利要求7所迷的透镜制造方法，其特征在于 所述第一及第二位置测量机构大致配置在直线上。
9. 根据权利要求7或8所述的透镜制造方法，其特征在于 在所述透镜形状计算步骤中计算所述透镜的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种透镜测量装置、透镜测量方法及透镜制造方法。透镜测量装置(1)包括在以不改变透镜(7)的状态的方式支撑该透镜(7)的情况下使该透镜(7)在XY平面内移动的工作台(3)，对通过工作台(3)移动的透镜(7)的一个透镜面(71)上的点在Z轴方向上的位置进行测量的第一位置测量仪(4)，对通过工作台(3)移动的透镜(7)的另一个透镜面(72)上的点在Z轴方向上的位置进行测量的第二位置测量仪(5)，以及根据利用工作台(3)使透镜(7)产生移动的移动量、以及第一及第二位置测量仪(4、5)的测量结果求出透镜(7)的形状的控制装置(10)。因此，能够以高精度且高效的方式测量透镜的形状。
文档编号G01B5/20GK101545750SQ20091013018
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年3月25日
发明者小西章雄, 田中慎治 申请人:松下电器产业株式会社